杭州湾湿地鹭鸟栖息对土壤磷分布格局及微生物多样性的影响

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zdp1888
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杭州湾湿地是东亚-澳大利西亚水鸟迁飞路线上重要的驿站,有大量水鸟栖息。磷是水体富营养化重要限制性营养元素,研究表明水鸟可通过捕食将水体中磷以粪便、食物碎屑等形式返回陆地生态系统。本文以杭州湾湿地鹭鸟集中栖息繁殖区为例,开展了鸟粪输入对栖息地土壤磷素累积和形态分布、土壤磷流失风险及土壤微生物多样性影响的研究,旨在探究水鸟传输下磷的反向迁移对栖息地湿地土壤生态系统磷素地球化学循环的影响过程,为滨海湿地生态系统健康管理提供参考,主要研究结果如下:1、为探究鹭鸟筑巢树林下(水杉影响区、女贞影响区)和无鹭鸟筑巢树林下(水杉对照区、水杉对照区)土壤磷累积、土壤及鸟粪磷形态时空分布,反映鹭鸟栖息前后不同阶段土壤中磷素分布情况,开展了持续超过1年的磷素动态监测,结果表明:水杉和女贞响区土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)、全氮(Total Nitrogen,TN)、全磷(Total Phosphorus,TP)、有效磷(Olsen Phosphorus,Olsen-P)含量均显著高于对照区(P<0.05);所有对照区样本土壤TP含量的平均值为718.33 mg/kg,影响区不同土壤样本中TP含量最高可达2040 mg/kg。磷的不同形态中钙结合态磷(Ca-bound P,Ca-P)含量最高,约占59.27—76.13%,其次是残渣态磷(Residual Phosphorus,RP)、有机磷(Organic Phosphorus,OP)、铁铝结合态磷(Fe/Al-bound P,(Al+Fe)-P))、交换态磷(Exchangeable P,Exch-P)。鸟粪中有机碳(Organic Carbon,OC)、TN、TP含量分别是表层土壤的11.18—40.90倍,94.22—148.11倍,15.41—43.22倍,差异极显著(P<0.01)。计算样品C/N、C/P、N/P值并与鸟粪进行比较,结果显示鸟粪和影响区土壤的C/N、C/P、N/P值显著低于对照区,表明鸟粪输入显著提高了鹭鸟栖息地土壤的氮磷含量。土壤有机碳、全氮、全磷含量在3月出现最低值,5—8月之间出现最高值,样品中SOC的平均含量为8.12 g/kg,TN平均含量为0.84 g/kg,TP平均含量为1.13 g/kg,平均pH值为7.67,EC的分布范围为81.35—1172.14μs/cm。相关性分析表明TP含量与Exch-P、(Fe+Al)-P、Ca-P、Olsen-P极显著正相关,与RP显著正相关,与pH显著负相关。结果表明鸟粪输入使杭州湾湿地研究区域0—20 cm深度土壤TP含量显著提高,Exch-P、(Fe+Al)-P、Ca-P、Olsen-P含量均有提高,且占TP百分比增大,鸟粪输入加剧了该地土壤磷素累积。2、为探究鸟粪输入影响下土壤磷的流失风险,在杭州湾湿地公园内所设试验地采集了影响区和对照区的土壤样本,分别依据Mehlich-3提取和草酸铵提取的活性磷(PM3和POX)含量计算磷饱和度(DPSOX和DPSM3)。结果表明,试验区土壤DPSOX平均值为31.69%,DPSM3平均值为12.04%,Olsen-P平均含量为76.22 mg/kg。水杉影响区DPSOX值高达91.12,Olsen-P含量高达302.27 mg/kg。以DPSOX和DPSM3大于0.25和Olsen-P含量>60 mg/kg为标准判定土壤存在磷流失风险,则水杉影响区存在极高的流失风险,女贞影响区和对照区次之,水杉对照区土壤无磷流失风险。相关性分析表明DPSOX、DPSM3和Olsen-P含量与WEP(水溶性磷)含量呈极显著正相关,与pH值呈极显著负相关。结果表明鸟粪输入使水杉和女贞林中土壤磷的流失风险增加,且水杉林土壤磷流失风险大于女贞林。3、为探究鸟粪输入对土壤微生物多样性和土壤碳氮磷循环关键酶活性的影响,于2020年3月-10月开展了土柱模拟实验。参照观测样地情况,设置树种(水杉和女贞)、是否添加鸟粪、有无鹭鸟栖息3个处理。结果表明:研究区土壤中细菌主要有15门28纲40目59科,其中优势菌为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)、Gemmatimonadota、厚壁菌门(Firmicutes)。样品平均Ace指数为4304.43,平均Shannon指数为6.86,不同处理之间Ace指数与Shannon指数差异不显著。TP、TP、SOC、Olsen-P、pH等因素对各优势菌的丰富度存在不同程度的影响。土壤碱性磷酸酶(Soil Alkaline Phosphatase,S-ALP)、土壤脲酶(Soil Urease,S-UE)活性与SOC、TN含量呈极显著正相关,土壤葡萄糖苷酶(Soilβ-Glucosidase,S-β-GC)活性与SOC、TN含量呈极显著负相关。鸟粪添加使S-ALP、S-β-GC和S-UE的活性显著地提高。
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